[发明专利]一种无刷直流电机反步法控制方法及系统

说明书

本发明公开一种无刷直流电机反步法控制方法及系统，所述方法将设定的无刷直流电机机械角速度给定值和转速检测模块输出的电机机械角速度ω_m的误差e_ω输入到速度反步控制器进行控制，得到电机参考q轴电流将q轴假定电流与实际q轴电流的误差作为电流反步控制器的输入；假定与实际d轴电流的误差作为电流反步控制器的另一个输入；将电流反步控制器输出的定子电压在旋转坐标系下的分量输入至反Park变换模块；将输入至空间矢量调制模块，经过空间矢量调制算法后，得到逆变器所需的三相开关控制信号S_a、S_b、S_c。本发明实现了无刷直流电机系统的完全解耦，简化了系统的设计过程，减少了系统的调整参数，提高转速、电流跟踪性能和抗干扰性能。

技术领域

本发明属于无刷直流电机调速领域，具体涉及一种无刷直流电机反步法控制方法及系统。

背景技术

20世纪初，有刷直流电机的发展已趋于成熟，但有刷直流电机存在因机械电刷导致的换向摩擦、噪声、寿命短、维护成本高等问题。无刷直流电机采用电子换向代替电刷换向，解决了因机械电刷引起的上述问题，具有更高的输出转矩与电机体积比，在电动汽车、家用电器、工业自动化以及航空航天设备领域的应用越来越广泛。无刷直流电机是一个非线性、强耦合、时变的系统，传统的比例积分微分(PID)控制算法积分系数不变，导致积分增量稳定的增加或减小，在控制过程中难免会出现正向或负向积分饱和，不能满足更高精度的控制要求，目前采用的非线性控制方法设计比较复杂且不易实现。反步法控制属于非线性控制，既能保证闭环系统全局有界，又可以渐近跟踪参考信号，还能对系统非线性无任何增长性条件限制。

发明内容

发明目的：本发明提出一种无刷直流电机反步法控制方法及系统，实现了无刷直流电机系统的完全解耦，简化了系统的设计过程，减少了系统的调整参数，提高转速、电流跟踪性能和抗干扰性能。

技术方案：本发明所述的一种无刷直流电机反步法控制方法，具体包括以下步骤：

(1)将设定的无刷直流电机机械角速度给定值和转速检测模块输出的电机机械角速度ω_m的误差e_ω输入到速度反步控制器进行控制，得到电机参考q轴电流

(2)将q轴参考电流与实际q轴电流的误差作为电流反步控制器的输入，进行控制后得到定子电压在旋转坐标下的q轴分量

(3)假定电机参考d轴电流与实际d轴电流的误差作为电流反步控制器的另一个输入，进行控制后得到定子电压在旋转坐标下的q轴分量

(4)将电流反步控制器输出的定子电压在旋转坐标系下的分量输入至反Park变换模块；

(5)将输入至空间矢量调制模块，经过空间矢量调制算法后，得到逆变器所需的三相开关控制信号S_a、S_b、S_c。

进一步地，所述步骤(1)通过以下公式实现：

其中，p为无刷直流电机极对数，ψ_f为无刷直流电机永磁体磁链，B为无刷直流电机阻尼系数，ω_m为无刷直流电机机械角速度，T_L为负载转矩，k_ω为转速反步控制器常数。

进一步地，所述步骤(2)通过以下公式实现：

其中，L_d、L_q为定子电感在旋转坐标系下的分量，i_d、i_q为定子电流在旋转坐标系下的分量，R为定子电阻，k_q为q轴电流反步控制常数。

进一步地，所述步骤(3)通过以下公式实现：